Page 137 - 机械工程材料2024年第十一期

汲高飞，等：基于响应面法和BP神经网络的7050铝合金腐蚀疲劳寿命预测及对比

锻件，化学成分（质量分数/%）为 0.10Si，0.12Fe， 着最大应力的增大，疲劳寿命分散性先变差后变好，
2.34Cu，0.08Mn，0.03Cr，6.40Zn，0.03Ti，0.10Zr， 在最大应力250 MPa下最好，在质量分数5.0%NaCl
2.16Mg，余Al。在锻件上加工出如图 1 所示的哑 溶液中，随着最大应力的增大，疲劳寿命分散性变
铃型疲劳试样，将试样夹持段用保鲜膜和胶带保 差，在最大应力150 MPa下最好；在相同应力水平下，
护，放置在ASR-90C型盐雾试验机中，根据GB/T NaCl溶液中NaCl质量分数越高， 疲劳寿命分散性越
10125—1997进行腐蚀试验，盐雾条件为连续盐雾， 好，但在最大应力250 MPa下，NaCl溶液中NaCl质
喷雾压力为70~170 kPa，温度为35 ℃，相对湿度为 表1 未腐蚀和不同浓度NaCl溶液中腐蚀不同时间
95%，腐蚀液分别为3.5%和5.0%（ 质量分数）NaCl 7050铝合金试样的疲劳寿命
溶液，pH为 6.5~7.5，腐蚀时间分别为 2，7，14 d。 Table 1 Fatigue lives of 7050 aluminum alloy samples
NaCl溶液每2 d更换一次。 before and after corrosion in different concentrations of
NaCl solution for different times

NaCl 加载频率/ 最大应力/ 疲劳寿命/
腐蚀时间/d
质量分数/% Hz MPa 周次
250 10 7
20 200 10 7
150 10 7
0
7
250 10
7
120 200 10
图 1 疲劳试样的形状与尺寸 7
150 10
Fig. 1 Shape and size of fatigue specimen
3.5 250 94 424
为避免腐蚀产物的脱落，将腐蚀后的试样先在 3.5 200 181 905
室内自然干燥0.5~1 h，再用去离子水清洗，以去除 3.5 150 406 332
20
表面残留的NaCl，随后烘干，备用。在LF5105 型 5.0 250 77 072
电液伺服疲劳试验机和Vibrophore100 型高频疲劳 5.0 200 107 195
试验机上分别进行频率 20 Hz和 120 Hz的疲劳试 5.0 150 151 492
2
验，加载方式为轴向等幅拉-拉加载，加载波形为 3.5 250 66 900
正弦波，应力比为 0.1，最大应力分别为 250，200， 3.5 200 115 040
150 MPa。当疲劳循环次数达到10 周次或者试样发 3.5 150 212 705
7
120
生疲劳断裂时，停止试验，此时循环次数为试样疲 5.0 250 54 070
劳寿命。 5.0 200 115 100
1.2 试验结果 5.0 150 230 200
由表1可知：未腐蚀试样的疲劳寿命均为10 周 3.5 250 57 600
7
次，为无限寿命；腐蚀后试样的疲劳寿命均小于10 7 3.5 200 101 528
周次，且随着腐蚀时间与NaCl溶液浓度的增加，疲 3.5 150 265 591
20
劳寿命逐渐缩短。 5.0 250 47 681
在疲劳寿命研究中，疲劳试验数据通常具有很 5.0 200 87 508
大的分散性。选择表1中相同NaCl溶液浓度和相同 5.0 150 148 934
7
最大应力的6组数据，通过计算对数疲劳寿命子样 3.5 250 51 710
标准差与变异系数来分析疲劳寿命的分散性（成组 3.5 200 75 214
法）。由表2可知： 不同最大应力和NaCl溶液浓度下， 3.5 150 206 589
120
7050铝合金试样的对数疲劳寿命子样标准差均小于 5.0 250 41 400
0.15，变异系数小于0.05，说明腐蚀后试样的疲劳寿 5.0 200 71 500
命分散性均较小；在质量分数3.5%NaCl溶液中，随 5.0 150 160 700

129